Отзыв ведущей организации (Исследование процессов теплообмена при охлаждении высокотемпературных тел в недогретых жидкостях)

УТВБ ЖДАЮ: Директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института теплофизики Уральского мии наук .Г. Байдаков ОТЗЫВ ведущей организации о диссертационной работе Забирова Арслана Руслановича ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕЛ В НЕДОГРЕТЫХ ЖИДКОСТЯХ представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника Актуальность темы определяется недостаточным пониманием в настоящее время механизмов неустойчивого пленочного кипения недогретых жидкостей.

Многочисленные экспериментальные данные о предельных режимах теплосъема неоднозначны, они зависят от свойств жидкостей и теплоотдиощнх поверхностей, а также от методики измерений. Такое положение затрудняет проектирование современных теплообменных аппаратов, содержащих теплонапряженные элементы. Модели процессов, сопровождаемых интенсивным фазовым переходом, важны для прогнозирования динамики развития аварий в энергетике и в химических производствах, а также для выбора оптимальных режимов закалки металлов н сплавов. Тема диссертации представляет интерес не только для специалистов по теплопередаче.

но и для специалистов по физике быстрых релаксационных процессов. Возможное многообразие режимов закалки существенно осложняет теоретические обобщения и поэтому необходимо получение новых данных в строго определенных условиях измерений, Все, выше сказанное дает основание утверждать, что научные задачи, сформулированные и исследованные в диссертации, являются актуальными.

В основе работы лежит сравнительный анализ процессов теплопереноса через устойчивые паровые прослойки между нагревателем и зкидкостью и через прослойки пара, у которых межфазная поверхность теряет устойчивость по ряду еще не достаточно изученных причин.

Согласно детально обоснованному мнению диссертанта в настоящее время отсутствует не только количественная теория теплообмена при пленочном кипении сильно недогретой жидкости, но и нет убедительного качественного обьяснения высокой интенсивности переноса тепла между перегретой твердой поверхностью и недогретой жидкостью в условиях, когда прямой контакт жидкость-стенка невозможен. Для обоснования такого мнения диссертант сделал подробный, пристрастный обзор работ по теме, начиная с 1950 г., что заняло 37',4 от объема диссертации. Тем не менее, по непонятным причинам, к сожаленикч проигнорированы работы школы профессора Буевича 1О.А. по теоретическим моделям динамического взаимодействия жидкости с нагретой поверхностью.

Обоснованное внимание в работе уделено исследованию важной задачи о причинах возникновения, так называемого, микропузырькового режима кипения, интересного аномально высоким значением коэффициента теплоотдачи (КТО). Для этого сконструирована и изготовлена экспериментальная установка для измерения КТО от шаров в жидкость, с возможностью получать предельно высокие недогревы жидкости. Важная особенность установки в возможности работать с жидкостями под давлением. Выбор метода исследования пленочного кипения на телах, имеющих сферическую геометрию, в данной диссертационной работе достаточно обоснован. Такие тела не подвергаются влиянию концевых эффектов, поэтому минимнзируется число неоднозначно заданных параметров, однако, при этом, к сожалению, ограничивается диапазон практической применимости результатов.

Программа выполненных исследований включает эксперименты с использованием шаров разного диаметра из различных металлов со специальной подготовкой поверхности в рашичных охлаждающих жидкостях. Изготовленный диссертантом стенд рассчитан на проведение опьпов в интервале давлений от атмосферного до 10 МПа и температур охлаждающей жлдкости от -80'С до 100"С. Проведены многочисленные эксперименты по исследованию устойчивого пленочного кипения в недогретых жидкостях.

За счет использования внешнего давления, создаваемого инертным ~азом, впервые достигнуты, ранее не исследованные, недогревы в 170 К дзи изопропанола и 160 К для перфторгексана. Заметен рост КТО с ростом давления. Максимальные значения КТО при давлении в 1.0 МПа составили !000 Вт/м К для изопропанола и 800 Вт/м~ К для перфторгексана. Показано, что в недогретых спиртах и перфторгексане интенсивность теплообмена практически в два раза выше, чем при пленочном кипении прн температуре насыщения жидкости. Эти эксперименты не выявили наличия так называемого микропузырькового режима кипения. Полученные автором экспериментальные результаты дополняют и не противоречат проведенным ранее исследованиям.

Принятые в этой части работы допущения и выводы обоснованы и отражены в полном объеме. На основе полученных экспериментальных результатов проведено уточнение полученного ранее приближенного уравнения теплообмена при пленочном кипении недогретой жидкости с двумя эмпирическими численными коэффициентами. Эксперименты показали, что пленочное кипение недогретых жидкостей очень чувствительно к состоянию поверхности теплообмена. Некоторые поверхностные дефекты. даже визуально незаметные, могут способствовать интенсификации локального теплообмена.

В наиболее важной, на наш взгляд, части работы рассмотрены процессы с потерей устойчивости межфазной поверхности. Проведены систематизированные исследования охлаждения высокотемпературных шаров из различных металлов (нержавеющая сталь, медь и никель) в воде с температурой от 1О до 90'С, в том числе и при давлении до 1,0 МПа. Достигнуты рекордные недогревы воды (170 К).

Показано, что значения плотности теплового потока сильно превышают типичные для пленочного кипения насьш~енной жидкости. Выяснено странное обстоятельство: плотность теплового потока больше для материалов шаров с низким коэффициентом теплопроводности (нержавеющая сталь), чем на материалах с высокой теплопроводностью (медь), Все результаты измерений новые и достоверные. Автор доказал, что на настоящий момент микропузырьковый режим возникает исюзючительно на воде. При охлаждении в воде с недогревом ЛТзпЬ >30 К независимо от индивидуальных свойств исследованных рабочих участков всегда наблюдался режим интенсивного теплообмена при пленочном кипении, когда температура поверхности существенно превышает критическую температуру воды. Возможно, этот вывод полезен для приложений. Для объяснения резкой интенсификации пленочного кипения в недогретой воде диссертант допускает «приближение поверхности воды к твердой поверхности» н появление холодных пятен с температурой ниже температуры Лейденфроста.

Отмечено, что именно возникновение свободной конвекции у межфазной границы жидкость-пар отличает пленочное кипение недогретой воды от пленочного кипения насыщенной жидкости. Ключевой представляется гипотеза, связывающая возникновение режимов интенсивного пленочного кипения недогретой воды прн охлаждении высокотемпературных тел с возникновением волнового движения межфазной поверхности. С использованием резульгатов анализа волнового движения гравитационных пленок, выполненного П.Л.

Капицей„ предложен критерий перехода к волновому течению жидкости на поверхности паровой пленки. Оказалось, что введенный диссертантом параметр КО, отвечающий за появление волн, меньше у спирта и перфторгексана, чем у воды. Поэтому, по мнению диссертанта, у этих жидкостей нет резкима интенсификации пленочного кипения.

Этот вывод важен для приложений. Замечания по тексту диссертации: 1. Имеются незначительнгле опечатки. Например, к рис. 3.18. дана бессмысленная подпись. 2. В тексте диссертационной работы содержатся элементарные определения вязкости, теплопроводности и др. Совсем не к месту приведены технические детали изготовления экспериментальной установки и приложение П1. Замечания по результатам диссертанта: 1. Не ясно как применять полученные закономерности и значения КТО к телам с формой, отличной от сферической, и с иной обработкой поверхности.

Очевидно, что геометрия паровых пленок, скорость течения и условия потери устойчивости межфазной поверхности на телах сложной формы и даже на плоской подложке будут отличаться от описанных в диссертации. Насколько велико такое возможное отличие? 2. Вслед за диссертантом можно предположить, что при определенном сочетании параметров процесса охлаждения плоская граница межфазной поверхности меняется на волнистую и начинается интенсивный теплосъем.

При этом в местах «гребней» волн будут наблюдаться максимальные стоки тепла. Однако, согласиться с полученным диссертантом критерием смены режимов КО трудно. Во-первых, из таблицы 4.1 видно, что критерий Рг также однозначно и более естественно применим для необходимых выводов. Что касается критерия диссертанта КО, то, поскольку он содержит число Грасгофа, то он, очевидно, «отвечает» только за скорость конвекции в поле силы тяжести. условия потери устойчивости гладкой межфазной поверхности здесь нет.

поскольку в критерии нет главного стабилизирующего фактора - межфазного натяжения! Рекомендуем после зашиты диссертации сделать расчет скорости пристеночного течения и взаимного скольжения фаз, затем определить условия устойчивости межфазной поверхности стандартными методами. Кроме того, сток тепла в гребнях волн, почти контактирующих со стенкой„можно рассчитать методами известной работы. 1О. А. Буевич, В. Н. Манкевич, М. И. ПолоцкийЛ'ТВУ', 24:4, 743 — 752 (1986), . В общем случае решение такой задачи очень сложно и громоздко, но, в перспективе, частные решения необходимы„ например, для внедрения результатов в технологии закалки металлов. Практическая ценность: Вьивленьг практически важные закономерности теплообмена при пленочном кипении недогретых жидкостей в реализуемых ситуациях и проанализировано влияние: недогрева, избыточного давления, материала образца.

На основе впервые полученного обширного массива экспериментальных данных предложено уравнение для расчета КТО устойчивого пленочного кипения недогретых жидкостей, которое может применяться для разработки новых специальных технологии закалки в металлургической промышленности. Заключение Работа является законченной и выполнена автором самостоятельно на хорошем научном уровне. Работа написана достаточно грамотно, стиль изложения доказательный, Диссертационная работа содержит большое количество экспериментальных данных, имеет пояснения, рисунки, графики, примеры, подробные расчеты, По каждой ~лаве и работе в целом имеются выводы, Основные этапы работы, выводы и результаты представлены в автореферате.

Автореферат соответствует основному содержанию диссертации. Содержание диссертации достаточно полно опубликовано. Диссертация представляет собой завершенную научно-исследовательскую работу, выполненную на актуальную тему; полученные результаты, имеют существенное значение для решения ряда важных прикладных задач металлурпш, энергетики и химических производств. Рекомендуем применить результаты исследования на «Производственном коммерческом объединении «Термическая обработка металлов» ООО «ПКО» ТОМ» Челябинская область, г. Миксе, ОАО г<Магнитогорский металлургический комбинат» (Челябинская область), в организациях "РОСАТОМа", разрабатывающих коды в обоснование безопасности АЭС гггрограммьг расчета послеаварийного охлаждения АЗ реактора, взаимодействие кориума с холодной водой).